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信号量机制:
1965年,荷兰学者DIJKSTRA提出的信号量机制是一种卓有成效的进程同步工具。在长期且广泛的应用中,信号量机制又得到了很大的发展。
信号量的作用:
控制共享资源的使用权(满足互斥条件)
标志某事件的发生
使两个或两个以上的进程的行为同步
信号量的实质:
像是一把钥匙,进程要运行下去,需要先拿到这把钥匙,通俗点来讲就是在允许的信号量下,进程才能够执行。
接下来,我们就来看看如何通过操作信号量,来实现控制进程的执行。
PV的操作:
pv操作:就是来解决互斥与同步的问题的。PV操作是分开来看的。
首先来看P操作(申请资源操作)(等待信号量):
信号量有效(值>0)
信号量值减1
任务继续运行
信号量值=0
等待信号量的进程被列入等待信号量进程列表。
可以理解为:
if ( (s = s - 1) >= 0 )
继续执行本进程;
else
挂起本进程/本进程等待;
然后再来看V操作(释放资源操作):
没有进程等待信号量
信号量的值加1
有进程等待信号量
信号量的值加1
等待的其中一个进程进入就绪状态
可以理解为:
if ( (s = s + 1) >0 )
不唤醒s的队列中的等待进程;
else // (s = s + 1) <= 0
唤醒s的队列中的等待进程;
继续执行本进程;
我们简单的记住这个原理,然后我们通过一个例子来解释,什么是PV操作。
公交车司机与售票员的问题:
我在图上画了步骤,接下来我们严格按照步骤来一步一步走。
首先,我们在司机进程使用P操作(S1=S1-1=-1),现在是S1的值为-1,我们来查看P操作发现应该 挂起本进程,也就是说司机进程暂时挂起,我们进入到售票员进程。
进入售票员进程后,我们先 关车门,然后我们进行V操作(S1=S1+1=0),发现满足V操作的else,我们首先唤醒司机进程,然后我们继续执行售票员进程。
接着售票,售票后我们执行P操作(S2=S2-1=-1),发现满足P操作的else,我们暂时将售票员进程挂起。
进入到司机进程。
启动车辆,正常行驶,到站停车,执行V操作(S2=S2+1=0),发现S2满足V操作的else,唤醒售票员进程,同时继续执行本进程。
但是,我们可以发现司机进程已经执行完了,但是等待队列中还有售票员进程,我们就进入到售票员进程
在售票员进程中,开车门,上下客。整个司机与售票员问题结束。
关于PV操作容易产生的一些疑问:
1,S大于0那就表示有临界资源可供使用,为什么不唤醒进程?
S大于0的确表示有临界资源可供使用,也就是说这个时候没有进程被阻塞在这个资源上,所以不需要唤醒。
2,S小于0应该是说没有临界资源可供使用,为什么还要唤醒进程?
V原语操作的本质在于:一个进程使用完临界资源后,释放临界资源,使S加1,以通知其它的进程,这个时候如果S<0,表明有进程阻塞在该类资源上,因此要从阻塞队列里唤醒一个进程来“转手”该类资源。比如,有两个某类资源,四个进程A、B、C、D要用该类资源,最开始S=2,当A进入,S=1,当B进入S=0,表明该类资源刚好用完, 当C进入时S=-1,表明有一个进程被阻塞了,D进入,S=-2。当A用完该类资源时,进行V操作,S=-1,释放该类资源,因为S<0,表明有进程阻塞在该类资源上,于是唤醒一个。
3,如果是互斥信号量的话,应该设置信号量S=1,但是当有5个进程都访问的话,最后在该信号量的链表里会有4个在等待,也是说S=-4,那么第一个进程执行了V操作使S加1,释放了资源,下一个应该能够执行,但唤醒的这个进程在执行P操作时因S<0,也还是执行不了,这是怎么回事呢?
当一个进程阻塞了的时候,它已经执行过了P操作,并卡在临界区那个地方。当唤醒它时就立即进入它自己的临界区,并不需要执行P操作了,当执行完了临界区的程序后,就执行V操作。
4,S的绝对值表示等待的进程数,同时又表示临界资源,这到底是怎么回事?
当信号量S小于0时,其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目.S大于0时表示可用的临界资源数。注意在不同情况下所表达的含义不一样。当等于0时,表示刚好用完。
在最后,我们可以发现,我们是严格按照之前的PV操作的定义执行的,其实我们身边很多例子都是这样一步步实现的,只要多发现,用这种计算机思想来思考,是可以得到很多锻炼的。
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